Mangelware sauberes Wasser

Wer nun zufrieden auf die sparsame Waschmaschine oder seinen Wassersparduschkopf blickt, hat seinen Anteil daran. Doch der Löwenanteil der Einsparung wurde von denen erbracht, die mit 44,2 Prozent die größten Wasserschlucker sind: von den Energieversorgern. „Zurückgegangen ist vor allem die Wasserentnahme aus Flüssen für die Kühlung von Kraftwerken“, erläutert Rechenberg. Der Atomausstieg und der wachsende Anteil erneuerbarer Energien haben den Bedarf entscheidend verringert. Die Energiegewinnung aus Braunkohle benötigt pro Megawattstunde gut 10.000 Liter Wasser, Kernenergie – ohne Entsorgung und Endlagerung – rund 8700 Liter. Dagegen kommen Photovoltaikanlagen mit 420 Litern und Windenergie mit 4 Litern pro Megawattstunde aus.

„Doch das mindert nicht den Druck auf das Grundwasser. Hier ist die Entnahme sogar leicht gestiegen“, sagt Experte Rechenberg. Trinkwasserversorger und Landwirtschaft benötigen mehr Grundwasser, wenn der Regen ausbleibt. „Es nützt ja nichts, wenn übers Jahr gerechnet alles in Ordnung scheint, aber in drei Dürremonaten die Ernte zu vertrocknen droht oder das Trinkwasser knapp wird. Und wenn an den Alpenhängen 1500 Millimeter Regen im Jahr fallen, haben die Gebiete im Nordosten Deutschlands, wo es nur 400 Millimeter sind, nichts davon. Solche natürlichen regionalen Unterschiede haben sich in den letzten Jahren durch den Klimawandel noch verstärkt.“

Thomas Rapp, beim UBA zuständig für das Fachgebiet Trinkwasserverteilung, rechnet dennoch nicht mit umfangreichen Rationierungen von Trinkwasser. Zwar könne es lokal Schwierigkeiten geben. Aber er setzt auf lange Leitungen – es müsse dann aus weiterer Entfernung Trinkwasser herantransportiert werden.

Schlechte Qualität

Bedenklich ist allerdings in ganz Deutschland die Qualität der Gewässer. 2021 erreichten nur neun Prozent der Flüsse, Bäche und Seen nach den Kriterien der EU-Wasserrahmenrichtlinie einen guten ökologischen Zustand oder ein gutes ökologische Potenzial. Der chemische Zustand wurde gar bei allen Gewässern als „nicht gut“ eingestuft. Dies liegt vor allem an Schadstoffen, die in der Umwelt weitverbreitet sind, wie Quecksilber oder bestimmte Flammschutzmittel.

„Qualität und Quantität des Wassers hängen eng zusammen“, betont Rechenberg. Führen die Flüsse in trockenen Sommern wenig Wasser, konzentrieren sich Schadstoffe und Krankheitserreger. Auch Trinkwasserbrunnen in Flussnähe, die hier das Uferfiltrat gewinnen, sind dann stärker belastet. Andererseits kann auch Hochwasser, etwa nach Starkregenfällen, dazu führen, dass sich im Uferfiltrat vermehrt Viren und Bakterien finden, stellte ein Forscherteam aus Österreich und Deutschland kürzlich fest.

Hauptquelle für unser Trinkwasser ist indes mit einem Anteil von 70 Prozent das Grundwasser. Noch ist es meist ausreichend vorhanden. Sorgen macht auch hier die Qualität. „22 Prozent der Grundwasserkörper sind so stark mit Nitrat aus der Landwirtschaft belastet, dass sie nicht oder nur mit hohem Aufbereitungsaufwand für die Gewinnung von Trinkwasser genutzt werden können“, berichtet Rechenberg. „Dieser Zustand stagniert seit Jahren auf hohem Niveau.“ Laut Nitratbericht aus dem Jahre 2020 wurde der Grenzwert von 50 Milligramm Nitrat je Liter Grundwasser an 27 Prozent der Messstellen in landwirtschaftlich genutzten Gebieten überschritten. „Auch Pflanzenschutzmittel und Tierarzneimittel können von intensiv genutzten Äckern ins Grundwasser gelangen“, sagt Rechenberg. Zugleich sei zu erwarten, dass künftig mehr Grundwasser für die Bewässerung gebraucht wird. Derzeit ist deren Anteil mit etwa zwei Prozent der Gesamtwasserentnahmen noch gering, doch wird er wohl steigen, wenn Dürresommer häufiger werden.

Abhilfe schaffen soll eine neue EU-Verordnung, die es erlaubt, aufbereitetes Abwasser für die Bewässerung von Feldern zu verwenden. Was in Südeuropa lange üblich ist, war in Deutschland bislang nur ausnahmsweise zulässig. Lediglich um Braunschweig und um Wolfsburg herum kommt bislang aufbereitetes Wasser aus Kläranlagen auf die Felder. Es trifft dort allerdings nicht auf Obst und Gemüse für den menschlichen Verzehr, sondern auf Mais und Getreide für Biogasanlagen.

Dass solche Einschränkungen nun fallen sollen, stimmt die Wasserexperten des UBA bedenklich. Für die Aufbereitung des kommunalen Abwassers zur Wiederverwendung müssten konkretere Anforderungen formuliert werden, etwa für die Desinfektion, heißt es in einer Stellungnahme des UBA vom Mai 2021. „In der EU-Verordnung ist nicht abschließend festgeschrieben, wer dafür verantwortlich ist, dass Grenzwerte eingehalten werden – die Abwasserentsorger, die Aufbereiter oder die Bauern, die das aufbereitete Wasser auf die Felder bringen“, erläutert Rechenberg. Die Umsetzung der EU-Verordnung liegt bei den Mitgliedsstaaten. Deutschland kann also strengere Anforderungen formulieren, oder auch – etwa für Wasserschutzgebiete oder für regenreiche Regionen – die Bewässerung mit aufbereitetem Wasser untersagen. Allerdings drängt die Zeit: Im Juni 2023 tritt die EU-Verordnung in Kraft. Ob die Verabschiedung im deutschen Wasserhaushaltsgesetz bis dahin klappt? „Noch ist es möglich“, sagt Rechenberg, wirkt aber doch skeptisch. Gelingt das nicht, gilt ab Juni unmittelbar die EU-Verordnung mit ihren nach Auffassung des UBA gar zu unbestimmten Regelungen. „Es ist dann nicht auszuschließen, dass sich die Qualität von Grund- und Trinkwasser durch einsickernde Schadstoffe verschlechtert“, befürchtet Rechenberg.

Im Verzug ist Deutschland auch mit der Umsetzung der neuen EU-Trinkwasserrichtlinie, die 2021 in Brüssel verabschiedet wurde. Bis zum 12. Januar 2023 sollte die deutsche Trinkwasserverordnung entsprechend angepasst werden. Mit einer Verabschiedung wird jetzt im Frühjahr oder Sommer gerechnet. „Darin wird es beispielsweise neue Grenzwerte für einige Schadstoffe aus der Gruppe der perchlorierten Verbindungen geben, die in der bisherigen Verordnung nicht aufgeführt sind“, erläutert Trinkwasserexperte Rapp. Auch wird in der Neufassung der EU- Trinkwasserrichtlinie erstmals ein konkreter Grenzwert von 2,5 Mikrogramm pro Liter für das hormonähnlich wirkende Bisphenol A festgelegt.

Schadstoffe filtern und zerstören

Doch wie wird man so winzige Mengen von Zivilisationsprodukten wieder los, die im Ablauf herkömmlicher Kläranlagen noch enthalten sind?

Andrea Iris Schäfer, die am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) das Institute for Advanced Membrane Technology leitet, erforscht dies am Beispiel künstlicher Östrogene aus der Antibabypille. Diese werden zum Teil mit dem Urin wieder ausgeschieden. „In Gewässern führen sie zur Verweiblichung von Fischen. Wenn sie mit dem Trinkwasser aufgenommen werden, könnten sie auch beim Menschen die Fortpflanzungsfähigkeit beeinträchtigen“, sagt Schäfer. Die EU-Kommission hat nun das besonders wirksame Sexualhormon Beta-Östradiol auf eine Liste von Stoffen gesetzt, die überwacht und nötigenfalls reduziert werden müssen. Das Hormon entsprechend dem Grenzwert von einem Nanogramm pro Liter wieder aus dem Wasser zu entfernen, ist Schäfer im Labormaßstab schon gelungen – mit speziellen Polymermembranen, kombiniert mit einer Schicht aus Kohlenstoffpartikeln. „Doch zum einen benötigt man dafür sehr viel Energie, um das verunreinigte Wasser durch die Membran zu drücken. Zum anderen hat man dann Filter voller Schadstoffe, die ausgewechselt und entsorgt werden müssen“, so Schäfer. Gemeinsam mit Forschenden vom Leibniz-Institut für Oberflächenmodifizierung in Leipzig stellte sie 2022 im Fachmagazin Nature Nanotechnology eine Methode vor, die Hormonmoleküle nicht nur abfängt, sondern auch aus der Welt schafft. Dafür werden Polymermembranen, die etwas größere Poren haben, mit Partikeln aus Titanoxid beschichtet. Das Wasser durchströmt die Membran, während diese mit UV-Licht bestrahlt wird. Eine photochemische Reaktion zerstört dabei die Hormonmoleküle. Dafür werde weitaus weniger Energie benötigt als bei der bisher erprobten Nanofiltration, berichtet Schäfer. Noch günstiger soll die Energiebilanz ausfallen, wenn das Verfahren künftig mit Sonnenlicht betrieben werden kann. „Da sind wir dran“ berichtet Schäfer. „Wir konnten schon zeigen, dass das Ganze auch mit natürlichem Licht funktioniert.“ Allerdings zerfallen die Hormonmoleküle nicht zu Nichts. Ob die Abbauprodukte womöglich auch Probleme aufwerfen, müsse noch untersucht werden, räumt Schäfer ein.

Problemstoffe nicht am Ende herausfiltern, sondern von vornherein fernhalten will Johannes Steinhaus, der an der Hochschule Bonn-Rhein-Sieg zu Mikroplastikanalytik forscht. Zwar gilt Mikroplastik im Trinkwasser vielen Expertinnen und Experten eher als untergeordnetes Problem. Es stelle „nach heutigem Stand kein Gesundheitsrisiko dar“, befand die Weltgesundheitsorganisation in einem Bericht 2019. Aber die Informationen dazu seien noch lückenhaft.

Ein niederländisches Wissenschaftlerteam stellte fest, dass Studien zu Mikroplastik im Grund- und Trinkwasser oft methodische Mängel aufweisen. Steinhaus befürchtet zumindest für die Zukunft Probleme: „Es stimmt schon, die Klärwerke fangen einen Großteil der Plastikpartikel ab. Doch die finden sich dann im Klärschlamm.“ Der wird vielerorts als Dünger auf die Felder ausgebracht. Die Plastikpartikel werden dann zu immer kleineren Teilchen abgebaut. „Aus Mikroplastik wird Nanoplastik. Dieses kann tiefer in den Boden eindringen und dann durchaus eines Tages im Grundwasser und damit auch im Trinkwasser landen“, warnt Steinhaus. Auch wenn die gesundheitlichen Folgen noch nicht sicher bekannt sind, fordert er doch, vorsorgliche Maßnahmen zu ergreifen. Zumal manches ganz einfach wäre: Eine wesentliche Quelle für Mikroplastik im Abwasser sind die Fasern, die beim Waschen von synthetischen Kleidungsstücken über das Abwasser in die Gewässer gelangen. Das ließe sich mit Filtern in den Waschmaschinen recht unkompliziert verhindern“, sagt Steinhaus. „Doch werden die Hersteller die wohl erst einbauen, wenn sie dazu durch entsprechende Verordnungen, am besten auf EU-Ebene, verpflichtet werden.“

Forschung im Klärwerk

Auf dem Weg vom Labor in die Praxis ist ein Projekt, das das Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme (IKTS), Dresden, gemeinsam mit weiteren Einrichtungen der industrienah orientierten Fraunhofer-Gesellschaft betreibt. Es soll mehrere Probleme auf einmal lösen helfen: Industrieabwässer von Schadstoffen reinigen, sodass sie noch einmal genutzt oder gefahrlos in die Umwelt entlassen werden können, dabei wiederverwertbare Substanzen aus dem Wasser recyceln und Energie gewinnen.

Das Ganze findet in der realen Abwasserwelt statt: auf dem Gelände des Gemeinschaftsklärwerks Bitterfeld-Wolfen, das die Abwässer von rund 300 Unternehmen eines der größten Chemieparks in Europa reinigt. Hier haben die Forscher Versuchscontainer mit verschiedenen Reinigungstechnologien aufgestellt. „Das reicht von mechanischer Filterung durch keramische Membranen über elektrochemische Methoden bis zu mikrobiologischen Verfahren,“ erläutert Burkhardt Faßauer, der am IKTS die Abteilung Kreislauftechnologien und Wasser leitet. „Da Filter leicht durch Anlagerungen verstopfen, arbeiten wir mit anderen Fraunhofer-Instituten beispielsweise an schaltbaren Membranen. Die reinigen sich selbst, wenn ein äußeres Magnetfeld angelegt wird.“ Auch „intelligente Membranen“, die über Sensoren bestimmte Schadstoffe erkennen und herausfiltern, seien in der Entwicklung, aber noch nicht praxisreif.

Je nach Beschaffenheit des Abwassers werden die Module unterschiedlich kombiniert. Die Rückgewinnung von Rohstoffen, etwa Salzen und Metallen, sei dabei wirtschaftlich interessant, sagt Faßauer. Kostengünstig ist es auch, wenn organische Substanzen in speziellen Reaktoren unter Luftabschluss von Bakterien abgebaut werden. „Damit gewinnen wir Biogas für die Energieerzeugung, statt solche Stoffe unter hohem Energieaufwand zu oxidieren, wie bislang oft üblich.“ Allerdings betont Faßauer: „Einsparungen sind erfreulich, aber es geht in der Wasserwirtschaft nicht um Kostendeckung. Es kommt in erster Linie darauf an, die vorgegebenen Grenzwerte einzuhalten und so die Qualität der Gewässer und des Trinkwassers zu sichern.“ Doch wenn die Industriebetriebe für die Reinigung ihrer Abwässer zahlen müssten, dürften natürlich die Kosten nicht explodieren.

Wer soll das bezahlen?

Und zahlen sollen sie, wenn die „Nationale Wasserstrategie“ umgesetzt wird, die das Bundesumweltministerium im November 2022 als Entwurf vorstellte. Über die Ziele herrscht weitgehend Einigkeit: Grund- und Trinkwasser sollen sauber bleiben und die Gewässer in einen guten Zustand gebracht werden. „Zu den Hauptkonfliktpunkten gehört die Frage: Wer muss die Maßnahmen ergreifen, und wer soll das bezahlen?“, erklärt Jörg Rechenberg. Grundsätzlich soll das Verursacherprinzip gelten – Verschmutzer sollen für die Reinigung aufkommen.

Mit der Nationalen Wasserstrategie wird auch angestrebt, dass Betriebe überall ein Entgelt für die Entnahme von Wasser entrichten sollen. Das ist bisher – mit sehr unterschiedlichen Regelungen – in 13 Bundesländern der Fall, aber in Hessen, Thüringen und Bayern nicht. Es fehle noch ein Monitoring-System, um die Wasserentnahmen genau zu überwachen, sagt Rechenberg. Er hofft, dass die Wasserstrategie zügig umgesetzt wird. „Nach der Serie von Dürresommern, die wir in den letzten Jahren hatten, sollte die Akzeptanz dafür groß sein.“